Tällaiset lähteet voisivat auttaa kuromaan umpeen kasvavaa kuilua Yhdysvaltojen kotimaisen tuotannon ja kulutuksen välillä, mutta niiden tuotantoon liittyy suurempia ympäristöhaasteita.

Energiatietokeskus (Energy Information Administration) arvioi tällä hetkellä USA:n epätavanomaisen maakaasun resurssien määräksi 2 203 biljoonaa kuutiometriä. Tästä 167 biljoonaa kuutiojalkaa pidetään todistettuina varantoina, jotka ovat hyödynnettävissä nykyisissä taloudellisissa ja toiminnallisissa olosuhteissa.

Liuskekaasu

Toisin kuin tavanomainen kaasu, joka sijaitsee erittäin huokoisissa ja läpäisevissä varastoissa ja jota voidaan helposti hyödyntää tavanomaisilla pystysuuntaisilla porauskaivoilla, liuskekaasu pysyy loukussa alkuperäisessä lähdekivessään, orgaanisesti rikkaassa liuskekivessä, joka on muodostunut mudan, lietteen, saven ja orgaanisen aineksen sedimenttikerrostumasta matalien merien pohjissa.

Yhdysvaltojen ensimmäinen nimenomaan maakaasun tuotantoa varten porattu kaivo avasi liuskekaasuesiintymän Fredoniassa, New Yorkissa vuonna 1821 . Näiden liuskeiden erittäin alhaisen läpäisevyyden vuoksi perinteinen louhinta pystysuorilla porauskaivoilla ei kuitenkaan osoittautunut kustannustehokkaaksi, koska helpommin hyödynnettäviä esiintymiä löytyi muualta.

Tänään liuskekaasu on useiden viimeaikaisten kehityskulkujen seurauksena nopeimmin kasvava maakaasuresurssi Yhdysvalloissa ja maailmanlaajuisesti. Horisontaalisen poraustekniikan kehittyminen mahdollistaa sen, että yhdellä porauskaivolla voidaan läpäistä suurempia määriä liuskekaasuesiintymää ja siten tuottaa enemmän kaasua.

Hydraulisen murtotekniikan (tunnetaan myös nimellä hydrofracturing, hydrofracking tai yksinkertaisesti fracking) kehittyminen on myös parantanut liuskekaasuesiintymien saatavuutta. Tässä prosessissa kaivoon ruiskutetaan suuria määriä vettä, johon on sekoitettu hiekkaa ja nestemäisiä kemikaaleja, korkeassa paineessa kallion murtamiseksi, mikä lisää läpäisevyyttä ja tuotantomääriä. Näiden teknisten edistysaskeleiden lisäksi maakaasun korkeat hinnat vuosina 2001-2008 ovat kannustaneet liuskekaasuvarojen kehittämiseen. Tästä johtuva liuskekaasun lisääntyminen yhdistettynä viimeaikaiseen taloudelliseen taantumaan on kuitenkin johtanut kaasun hinnan dramaattiseen laskuun vuoden 2008 jälkeen.

Liuskekaasun louhimiseksi tuotantokaivoa porataan pystysuoraan liuskemuodostuman saavuttamiseen asti, jolloin porauskaivo kääntyy seuraamaan liuskekivimuodostumaa vaakasuoraan. Kaivoon työnnetään teräsputki, jota kutsutaan ”vaipaksi”, pitämään se avoimena ja suojaamaan porausreiän eheyttä. Tämän jälkeen kaivoon pumpataan sementtiä, joka työnnetään teräsvaipan ulkopintaa pitkin ylöspäin, jotta kaivo voidaan tiivistää ja estää maakaasun, murtonesteiden, kemikaalien ja tuotetun veden vuotaminen pohjavesivarastoihin.

Kun poraaminen ja kaivon vaippaaminen on saatu valmiiksi, kaivon vaakasuorassa osassa räjäytetään pieniä räjähdysainelatauksia, joiden avulla vaippaan luodaan reikiä niihin kohtiin, joissa hydraulinen murtaminen on tarkoitus suorittaa. Hydraulisessa murtamisessa murtonestettä pumpataan huolellisesti säädetyllä paineella kallion murtamiseksi useiden satojen metrien päähän kaivosta. Murtonesteeseen sekoittunut hiekka tukee näitä halkeamia auki, kun neste myöhemmin pumpataan ulos. Murtamisen jälkeen kaasu virtaa porakaivoon ja pintaan, josta se kerätään talteen.

Vuonna 2011 hieman yli 39 prosenttia Yhdysvaltojen maakaasuvarannoista eli 132 biljoonaa kuutiometriä oli liuskekiviesiintymissä, pääasiassa Texasissa, Louisianassa, Arkansasissa ja Pennsylvaniassa . Näitä esiintymiä on kaikkialla Yhdysvalloissa, yleensä siellä, missä esiintyy myös tavanomaisia kaasuvaroja. Viime aikoina maakaasun tuotanto on kasvanut merkittävästi Pennsylvaniassa ja Länsi-Virginiassa sijaitsevassa Marcellus-liuskekivessä, Teksasissa sijaitsevassa Barnett-liuskekivessä, Louisianassa ja Teksasissa sijaitsevassa Hanesville-liuskekivessä sekä Arkansasissa sijaitsevassa Fayetteville-liuskekivessä.

Kireä kaasu hiekkakivessä

Kireä kaasu tarkoittaa maakaasua, joka on kulkeutunut varastoivaan kivilajiin, jolla on suuri huokoisuus mutta pieni läpäisevyys.

Tätyyppisiin varastoalueisiin ei yleensä liity öljyä, ja ne vaativat yleensä horisontaalista porausta ja hydraulista murtamista, jotta porauskaivon tuotto saataisiin nostettua kustannustehokkaalle tasolle.

Hiilimetaani

Maakaasua on usein yhdistetty öljyn kanssa, mutta sitä voi löytyä myös kivihiiliesiintymien sisälle loukkuun juuttuneena.

Metaani on perinteisesti ollut vaaraksi maanalaisille kivihiilikaivostyömailla työskenteleville henkilöille, koska erittäin helposti syttyvää maakaasua vapautuu louhintatoimenpiteiden aikana. Muuten saavuttamattomissa olevia hiilikerrostumia voidaan myös hyödyntää tämän kaasun, niin sanotun hiilikerrostumametaanin, keräämiseksi käyttämällä samanlaisia poraus- ja hydraulisia murtotekniikoita kuin liuskekaasun talteenotossa käytetään. Vuonna 2010 hieman yli 6 prosenttia Yhdysvaltojen maakaasuvaroista eli 17,5 biljoonaa kuutiometriä oli hiilikerrostuneissa metaaniesiintymissä, lähinnä Coloradossa, New Mexicossa ja Wyomingissa.

Hiilimetaaniesiintymät ovat herättäneet kiinnostusta myös hiilensidontapotentiaalinsa vuoksi. Hiilidioksidin (CO2) ruiskuttaminen vaikeasti louhittaviin hiilikerrostumiin saisi aikaan sen, että CO2 syrjäyttäisi hiileen lukittuneen metaanin, mikä parantaisi maakaasuvarojen talteenottoa ja samalla hiilidioksidi varastoitaisiin paikkaan, jossa se ei edistäisi ilmaston lämpenemistä.

Metaanihydraatit

Metaanihydraatteja, jotka koostuvat vedestä koostuvaan häkkiin loukkuun jääneistä metaanimolekyyleistä, esiintyy arktisten alueiden sedimenteissä ja syvän valtameren pohjan alapuolisissa sedimenteissä olevissa kiinteissä aineissa kiteisenä. Vaikka ne näyttävät jäältä, metaanihydraatit palavat, jos ne sytytetään.

Metaanihydraatit ovat runsaslukuisimpia epätavanomaisia maakaasulähteitä, ja niitä on myös vaikeinta louhia. Vaikka metaanihydraattivarannon kokonaiskoko on hyvin epävarma, se on varovaisesti arvioiden 4 000 kertaa suurempi kuin Yhdysvalloissa vuonna 2010 kulutetun maakaasun määrä. Resurssin talteenottoon liittyvät tekniset haasteet ovat kuitenkin huomattavat, ja vain pieni osa kokonaisresurssista esiintyy riittävän suurina pitoisuuksina, jotta sen talteenotto olisi mahdollista.

On myös olemassa merkittävä riski, että ilmaston lämpenemisestä johtuva lämpötilan nousu saattaa horjuttaa metaanihydraattiesiintymiä, jolloin metaani – voimakas kasvihuonekaasu – vapautuu ilmakehään ja pahentaa ongelmaa entisestään .

Biogeeninen kaasu

Tietyillä bakteerityypeillä, joita kutsutaan metaanigeeneiksi, voidaan tuottaa metaania, joka on maakaasun pääkomponentti, hajottaessaan orgaanista ainesta hapettomassa ympäristössä.

Tätyyppistä kaasua kutsutaan ”biogeeniseksi” erottaakseen sen ”termogeenisestä” tai fossiilisesta kaasusta, jota tuotetaan maankuoreen haudatusta orgaanisesta aineksesta korkeissa lämpötiloissa ja korkeissa paineissa. Biogeenisen metaanin ominaisuudet ovat samat kuin termogeenisen metaanin.

Karjanlanta, ruokajäte ja jätevesi ovat kaikki potentiaalisia lähteitä biogeeniselle kaasulle eli biokaasulle, jota yleensä pidetään uusiutuvan energian muotona.

Eräässä tutkimuksessa on arvioitu, että pelkästään karjanlannasta saatava tekninen potentiaali Yhdysvalloissa voisi kattaa yhden prosentin maan energiantarpeesta ja vähentää Yhdysvaltojen kasvihuonekaasupäästöjä 4 prosenttia . Jo nyt kymmenet yhdysvaltalaiset maanviljelijät, erityisesti Keskilännessä, ovat investoineet anaerobisiin mädättämöihin ja generaattoreihin tuottaakseen sähköä ja lämpöä (ja lisätuloja maatiloille) kotieläinten jätteistä. Pienimuotoinen biokaasun tuotanto on vakiintunut tekniikka kehitysmaissa, erityisesti Aasiassa, jossa maanviljelijät keräävät eläinten lantaa sammioihin ja ottavat talteen metaanin, joka vapautuu sen hajotessa.

Kaatopaikat tarjoavat toisen alikäytetyn biokaasun lähteen. Kun yhdyskuntajätettä haudataan kaatopaikalle, bakteerit hajottavat jätteiden, kuten sanomalehtien, pahvien ja ruokajätteen sisältämää orgaanista materiaalia tuottaen hiilidioksidin ja metaanin kaltaisia kaasuja. Sen sijaan, että nämä kaasut päästettäisiin ilmakehään, jossa ne edistävät ilmaston lämpenemistä, kaatopaikkakaasulaitokset voivat ottaa ne talteen, erottaa metaanin ja polttaa sen tuottaakseen sähköä, lämpöä tai molempia.

Energy Information Administration. 2012. Vuosittainen energiakatsaus. Taulukko 4.1 Teknisesti hyödynnettävissä olevat raakaöljy- ja maakaasuresurssiarviot, 2009.

National Energy Technology Laboratory (NETL). 2009. Nykyaikainen liuskekaasun kehitys Yhdysvalloissa: A Primer. Prepared by Ground Water Protection Council and ALL Consulting.

Energy Information Administration. 2010. Shale Gas Proved Reserves as of December 31.

Energy Information Administration. 2010. Coalbed Methane Proved Reserves as of December 31.

United States Geological Survey. 2013. Gas Hydrates Primer.

Lawrence Livermore National Laboratory. 1999. Methane Hydrate: A Surprising Compound.

Cuellar, Amanda D. and Michael E. Webber. 2008. Cow power: the energy and emissions benefits of converting manure to biogas.